Лекция №27 Гармонический состав токов в вентильных и сетевых обмотках преобразовательного трансформатора при различных видах схем
Рис. 133. Гармонические составляющие пульсирующего напряжения.
Разложив в ряд Фурье функцию пульсирующего выпрямленного напряжения (рис. 133), получим:
uH = A0 + A1sin t + A2sin2t + …+An sin nt, (131)
где: Fq = q kП fc – частота пульсации “q”-ой составляющей,
q = 1…n – порядковый номер гармонической составляющей.
kП – Кратность пульсаций выпрямленного напряжения UН:
kП = m2 – для однотактных схем
kП = 2m2 – для двухтактных схем
Для однофазной однополупериодной схемы kП=1.
Для однофазной двухполупериодной схемы kП=2.
Для трёхфазной схемы с выводом нулевой точки трансформатора kП=3.
Для трёхфазной мостовой схемы kП=6. Амплитуда каждой гармонической составляющей увеличивается с увеличением α.
Влияние гармонических составляющих на питающую сеть
Перегрев генераторов, вырабатывающих электрическую энергию.
Увеличение потерь мощности в передающих линиях (ZL=ωL).
Искажение формы напряжения питающей сети за счет потерь напряжения на индуктивном сопротивлении линии.
Уменьшение коэффициента мощности (χ) за счет потребления несинусоидального тока (χ=υ·cosφ).
Лекция №28
Коэффициент мощности управляемых преобразователей
Коэффициент мощности () – это отношение активной мощности первичной обмотки трансформатора (Ра1) к полной (S1):
(132)
Если ток и напряжение синусоидальны:
(133)
Если ток и напряжение несинусоидальны:
,
(134)
где q – номер гармонической составляющей.
Полная мощность определяется по формуле:
135)
Если сеть мощная (Рсети >> Рн), то U1 синусоидально, поэтому:
(136)
Разделив числитель и знаменатель на U1, получим:
= cos(1) (137)
где
- коэффициент несинусоидальности тока
(показывает насколько ток отличается
от синусоидального).
Тогда для однофазной двухполупериодной схемы (рис. 134) при Lн→∞:
Рис. 134. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления.
Рис.135. Временные диаграммы токов и напряжений.
Так как i2=0 когда i21=i22, то i1(1) – первая гармоника первичного тока пройдёт через ноль в точке =/2 (рис 135).
Поэтому:
,
а
.
(138)
Если, Lн→∞, то при увеличении , Uн 0 , при 900, а коэффициент мощности снижается до:
= 0,3-0,5 (139)
Лекция №29
Способы повышения коэффициента мощности
Применение сетевых фильтров
Рис. 136. Схема включения сетевого фильтра.
В цепи Lф – Сф (рис 136) может наступать резонанс напряжения для частоты fq на q-ой гармонике.
Если для q резонанс, то основная гармоника (вторая), в сеть не пропускается.
Так как fC<fq , то ZLфfс < ZLфfq, поэтому можно считать что для fC Lф0, поэтому ZLф:СфZCф (емкость компенсирует отставание напряжения по фазе).
Ступенчатое изменение напряжения сети
Рис.137. Ступенчатое изменение напряжения сети.
1 >2 (140)
Возможен способ переключения отпаек трансформатора как в первичной, так и во вторичной обмотке (рекомендуется во вторичной). Чем меньше , тем больше . Поэтому, если Uн получить при напряжении U2<U1, то необходим α1>α2, а, следовательно, и χ увеличится.
Применение компенсационных преобразователей
Искусственная коммутация
Рис. 138. Искусственная коммутация.
Угол сдвига относительно линейной ЭДС UАВ:
(141)
На рис.138 φ1 и φ2 отсчитаны от начала фазной ЭДС еВ.
Уменьшение приводит к возрастанию .
Рис. 139. Преобразователь со схемой Рис. 140. Диаграмма напряжений.
искусственной коммутации.
Устройство схемы (рис139).
LДР – зарядный дроссель, Сав, Свс, Сас – коммутирующие емкости.
Принцип действия.
Когда VS1 открыт, Сав и Сас заряжаются, Ivs1>0. Свс – не заряжается, т.к. от разных фаз через него ток протекал бы встречно. Поэтому на VS3 относительно Xa подается напряжение UXв+UСав=ea ещё до точки пересечения ea и eв и VS3 может быть включен с приходом на него управляющего сигнала.
Достоинства схемы:
емкость конденсаторов в 5,5 раз меньше по сравнению со статическими компенсаторами.
Недостаток:
малый диапазон изменения Uнα, т.к. угол регулирования α возможно изменить только в интервале 300.
Применение несимметричных преобразователей (с целью увеличения коэффициента мощности)